挤压涂布垫片外形优化解决极片厚边现象-片头模版

在涂布过程中，由于浆料流体特性，在涂层起始点、终止点以及两侧边缘随意马虎形成如图1中所示半月形特色。
涂布工艺中，极片边缘涌现的厚度突增的描述被称为“厚边”征象。
这种厚边征象是不期望涌现的，并会对电池的工艺过程和电池性能和同等性导致产生问题。

图1 挤压涂布示意图

关于挤压涂布流场特性以及涂层厚边征象，之前已揭橥文章进行总结，干系阅读如下：

（1）解析锂离子电池极片狭缝式挤压涂布流场特性

（2）锂电池极片挤压涂布厚边征象及办理方法

锂离子电池极片的涂布常日须要生产条带状极片，这紧张通过固定在高下模头之间的垫片来设计流道，从而实现条带状涂层制备（如图2所示）。
垫片的形状会影响模头内流体的速率分布，终极影响涂层的描述，特殊是涂层边缘的描述。
优化狭缝垫片出口形状，可以改变浆料流动速率方向和大小，降落边缘浆料的应力状态，减弱或肃清涂层厚边征象。
本文示例垫片形状优化为办理极片厚边征象供应参考。

图2 挤压涂布垫片示例

Gui Hua Han等人设计了四种垫片形状，通过打算机仿照和实验相结合的方法以牛顿流体为例，研究了垫片形状对模头出口浆料速率分布以及涂布窗口的影响。
研究中只考虑垫片中间片的形状优化（图2），四种垫片规格对应的模头内流道如图3所示：

case1：垫片宽度尺寸10mm不变，对应的每条流道尺寸20mm不变；

case2：垫片宽度在出口附近由5mm扩展为10mm再保持一段平行宽度；

case3：垫片宽度在出口处由5mm直接扩展为10mm；

case4：垫片宽度在出口附近由15mm紧缩为10mm再保持一段平行宽度。

实验流体为甘油水溶液（80:20，wt%），粘度为0.045 Pa∙s，表面张力为0.066 N/m，密度为1210kg/m3。

图3 四种垫片形状对应的流道：

（a）case1，（b）case2，（c）case3，（d）case4

图4是通过打算机仿照得到的四种规格垫片在模头出口处沿模头宽度方向的速率分布：

case1：流道尺寸保持不变，模头出口处宽度方向速率比较均衡；

case2：垫片扩展，则流道紧缩，流体在模头中间的边缘处速率速率增加；

case3：垫片扩展，则流道紧缩，流体在模头中间的边缘处速率速率增加，且比case2增加更明显；

case4：垫片紧缩，则流道扩展，流体在模头中间的边缘处速率速率降落。

模头出口速率分布一定会影响涂层的厚度，由于锂离子电池浆料本身性子随意马虎导致涂层厚边征象，从以上速率分布可见，对付锂离子电池浆料，case4边缘处速率降落时，能够抑制乃至肃清厚边征象。
实际生产中，可以参照以上垫片设计，根据实际情形对工艺参数进行改进，办理厚边征象。

图4 四种规格垫片在模头出口处沿模头宽度方向的速率分布

图5是四种规格垫片对应的流道流体应变速率分布，与（a）比较较，（b）和（c）的流道整体更宽些，流体整体的应变速率更低，而（d）整体流道更窄，流体应变速率更高，流体压力也更大。
但是（b）（c）（d）都存在应变速率局部较大的区域，这些区域对付非牛顿流体的锂离子电池浆料而言，由于应变速率变革可能会改变浆料的诸如粘度等性子。

图5 四种规格垫片对应的流道流体应变速率分布

其余，根据模头与箔材之间的流场剖析，当流体上流道液面靠近模头唇口外侧时，随意马虎发生浆料漏料（图6a所示），而上流道液面靠近模头唇口内侧出口时，又随意马虎导致流场的不稳定，发生流场崩塌（图6b所示）。
根据上流道液面判断涂布窗口，创造四种规格垫片，对应的涂布窗口范围发生了变革，如图7所示，case2、case3、case4都缩小了涂布窗口，对应稳定涂布工艺参数范围小了，如果涂布不在涂布窗口操作，涂层更随意马虎涌现更明显的不屈均征象。

图6 模头与箔材间流场示意图：（a）上流道液面靠近模头唇口外侧，漏料；（b）上流道液面靠近模头唇口内侧出口，流场崩塌

图7 四种规格垫片对应的涂布窗口

本文紧张参考以下文献整理：

[1] Han G H, Lee S H, Ahn W, et al. Effect of shim configuration on flow dynamics and operability windows in stripe slot coating process[J]. J. Coat. Technol. Res. 2014, 11(1): 19-29.